石墨烯的应用

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1、哈尔滨工业大学理学院化学系本科生课程设计题目：石墨烯的应用构想专业：材料化学班级：1007301学号：1100700209姓名：饶倩蓝指导老师：吴晓宏哈尔滨工业大学理学院化学系摘要石墨烯具有独特的二维结构和优异的物理化学性能,在材料科学、电子科学、生物医药、催化剂载体等领域有着巨大的应用前景,受到了广泛的关注。本文从石墨烯在太阳能电池，手机计算机以及物联网的应用构想和现世最新研究情况剖析石墨烯应用，更广面的更贴近生活的让大家接触到这种新世纪材料。关键词：石墨烯太阳能电池碳手机物联网研究进展AbstractGraphenehasauniquetwo-dimensionalstruc

2、tureandexcellentphysicalandchemicalpropertieswithgreatprospectinthefieldofmaterialsscience,e-science,bio-medicineandcatalystsupport,whichhasbeenwidespreadconcern.Thewidersurfaceissoclosetolifethatwecomeintocontactwiththismaterialinthenewcenturyfromnetworkedapplicationsofgrapheneinsolarbatteri

3、es,cellphones,computersandpropertyideasandsecularlatestresearchinanalysisofgraphene.Keywords:Thegrapheme;solarbattery;carbonphone;InternetofThingsprogress哈尔滨工业大学理学院化学系1.太阳能电池1.1应用构想目前大多数太阳能电池由硅制成，由于硅需要高度纯化后再制成晶体并切成薄片，导致价格一直比较昂贵。许多研究人员都在探讨硅的替代品，如纳米结构或者混合太阳能电池，而铟锡氧化物（ITO）是这些新型太阳能电池使用的一种透明电极。目前，

4、ITO是透明电极材料的首选，如在触摸屏幕智能手机上使用。但是该化合物中铟的价格高昂，而石墨烯则由无处不在、价格低廉的碳所组成。石墨烯可能是替代ITO的新材料。它有诸如柔韧性佳、重量轻、机械强度与化学稳定性高等优点。1.2.研究现状几个月前，麻省理工工一个团队研制出一种在柔性石墨烯片上涂覆纳米线的新方法。这种方法可以生产出透明以及柔韧性佳的太阳能电池，能够在窗户、屋顶以及其他物体的表面使用。由于石墨的稳定性和惰性结构，要直接在纯净石墨烯的表面构建半导体纳米结构而又不影响其电性能和结构，具有较高的挑战性。麻省理工的一个团队使用了一系列聚合物涂层来改变石墨烯的属性，使其能够粘合氧化锌纳

5、米线层，然后再覆盖上响应光波的硫化物量子点或者一种被称为P3HT的材料聚合物。尽管进行了修改，但是石墨烯的先天属性仍然保持不变，是一种有着显著优势的复合材料。该团队已经证实，电极分别基于石墨烯与ITO的设备在效率方面具有可比性。在覆盖硫化物量子点的情况下，不同于其他温度一直持续升高的半导体，涂层氧化锌纳米线的石墨电极完全可以将温度控制在175摄氏度以下。图1.石墨烯太阳能电池的结构，电流密度~电压图，以及AFM图图1中修改的石墨烯表面导电聚合物夹层中表现出的高度统一和对齐石墨烯的氧化锌纳米线阵列的生长，展示出AM1.5G的功率转换效率为4.2％和0.5％，分别使用两种不同的光敏材

6、料，硫化铅量子点和共轭聚合物P3HT，基于阴极的石墨烯的混合太阳能电池，接近相似的硬件架构的基于ITO的设备的性能。这种方法保留有益的特性的石墨烯，并表明，它可以作为一个可行的替代各种光电器【1】件的配置中，可替代ITO。哈尔滨工业大学理学院化学系但目前石墨烯的在太阳能电池中的研究仍处于初级阶段，石墨烯的制备仍处[2]在工艺复杂，成本高的研究阶段，而且现在制备的石墨烯薄膜仍存在较多缺陷，材料性能远低于理论值。2.碳手机2.1应用构想石墨烯材料强度极高，且几乎完全透明，只吸收2.3%的光；常温下电子-6迁移率超过15000cm2/V•s，高于碳纳米管和硅晶体，而电阻率只约10Ω•c

7、m，比铜或银更低，为目前世界上电阻率最小的材料。这就证明它有潜力还将带动集成电路、触摸屏、CPU元器件等产品的开发应用。对于现有手机而言，石墨烯可以取代触控显示面板中常用的ITO(氧化铟锡)透明导电薄膜，改进性能、降低成本。对于未来手机而言，石墨烯可用于生产可打印、可弯曲的电子设备，并整合多种传感器。”2.2研究现状2.2.1诺基亚的东山再起诺基亚在2008年的一个研究项目，其设计了一款优秀性能的未来手机NOKIAMorph。通过纳米技术让手机材质和组件变得柔韧而透明，能够自我清